第1部分专题1第5讲

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第一单元 生专活题智一慧与时力代与精运神动
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解析 设带电粒子在 B 点的速度大小为 vB。粒子在垂直
于电场方向的速度分量不变,即 vBsin 30°=v0sin 60° ①
由此得 vB= 3v0

设 A、B 两点间的电势差为 UAB,由动能定理有
qUAB=12m(v2B-v20)

联立②③式得 UAB=mqv20
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4.(2015·全国卷Ⅰ,14)两相邻匀强磁场区域的磁感应强度 大小不同、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向垂直的带 电粒子(不计重力),从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒 子的( )
A.轨道半径减小,角速度增大 B.轨道半径减小,角速度减小 C.轨道半径增大,角速度增大 D.轨道半径增大,角速度减小
第一单元 生专活题智一慧与时力代与精运神动
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(1)高压电源电压 U0=300 V 时,求被除去的烟尘颗粒数与 总进入烟尘颗粒数的比值;
(2)若烟尘颗粒恰好能全部被除去,求高压电源电压 U1; (3)装置在(2)中电压 U1 作用下稳定工作时,1 s 内进入的烟 尘颗粒从刚进入通道到被全部除去的过程中,求电场对这些烟 尘颗粒所做的总功.
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5.(2015·全国卷Ⅱ·24)如图,一质量为 m、电荷量为 q(q>0)的粒子在匀强电场 中运动,A、B 为其运动轨迹上的两点。 已知该粒子在 A 点的速度大小为 v0,方 向与电场方向的夹角为 60°;它运动到 B 点时速度方向与电场 方向的夹角为 30°。不计重力。求 A、B 两点间的电势差。
D 粒子进入磁场做顺时针方向 的匀速圆周运动,轨迹如图所示,
根据洛伦兹力提供向心力,有 qvB=mvR2
解得 R=mqBv 根据轨迹图知 PQ=2R=2mqBv,∠OPQ=60° 粒子离开磁场的出射点到两平面交线 O 的距离为 OP=2PQ =4mqBv,D 正确,ABC 错误.故选 D.
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A 粒子射入电场在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方 向上前半个周期内先做匀加速直线运动,在后半个周期内做匀 减速直线运动,一个周期末竖直方向上的分速度为零,可知粒 子射出电场时的速度方向一定沿垂直电场方向,故 A 正确;在 t=T2时刻,粒子在水平方向上的分速度为 v0,因为两平行金属 板 MN、PQ 的板长和板间距离相等,则有:v0T=v2y·T2×2,解 得 vy=2v0,根据平行四边形定则知,粒子的速度大小为 v= 5
第一单元 生专活题智ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ慧与时力代与精运神动
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A.该粒子射出电场时的速度方向一定是沿垂直电场方向的 B.在 t=T2时刻,该粒子的速度大小为 2v0 C.若该粒子在T2时刻以速度 v0 进入电场,则粒子会打在板 上 D.若该粒子的入射速度变为 2v0,则该粒子仍在 t=T 时刻 射出电场
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2.结论:半径 r=mqBv= 2qmBEk,周期 T=2qπBm(与粒子速率 无关).
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磁场中的运动轨迹与 ON 只有一个交点,并从 OM 上另一点射
出磁场.不计重力.粒子离开磁场的出射点到两平面交线 O 的
距离为( )
mv A.2qB
2mv C. qB
3mv B. qB
4mv D. qB
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第一部分 专题突破 知能提升
专题一 力与运动 第5讲 电场、磁场中的曲线运动
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2015 2016 2017
卷ⅠT14:带电粒子在磁场中的运动 卷ⅡT19:带电粒子在磁场中的运动 卷ⅡT24:带电粒子在电场中的运动 卷ⅠT20:带电粒子在电场中的曲线运动 卷ⅡT18:带电粒子在圆形磁场中的运动 卷ⅢT18:带电粒子在有界磁场中的运动 卷ⅠT25:带电粒子在电场中的运动 卷ⅡT18:带电粒子在圆形磁场中的运动
上.不计重力及带电粒子之间的相互作用.则 v2∶v1 为( )
A. 3∶2
B. 2∶1
C. 3∶1
D.3∶ 2
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C 相同的带电粒子垂直匀强磁场入射均做匀速圆周运动. 粒子以 v1 入射,一端为入射点 P,对应圆心角为 60°(对应 六分之一圆周)的弦 PP′必为垂直该弦入射粒子运动轨迹的直 径 2r1,如图甲所示,设圆形区域的半径为 R,由几何关系知 r1 =12R.其他不同方向以 v1 入射的粒子的出射点在 PP′对应的圆 弧内.
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2.(2016·全国卷Ⅱ)一圆筒处于磁感应强 度大小为 B 的匀强磁场中,磁场方向与筒的 轴平行,筒的横截面如图所示.图中直径 MN 的两端分别开有小孔,筒绕其中心轴以角速
度 ω 顺时针转动.在该截面内,一带电粒子 从小孔 M 射入筒内,射入时的运动方向与 MN 成 30°角.当筒 转过 90°时,该粒子恰好从小孔 N 飞出圆筒.不计重力.若粒 子在筒内未与筒壁发生碰撞,则带电粒子的比荷为( )
(2)由类平抛运动规律和牛顿第二定律得 d=12a1t2 |Ud1q|=ma1 解得:U1=400 V (3)t1=1 s 内进入烟尘通道的烟尘颗粒总个数: N=nd2v0t1
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电场力对每个颗粒所做的功与其到下金属板的偏移量 y 成
正比,则对所有颗粒做功的平均值等于电场对距离下金属板d2处
ω A.3B
ω C.B
ω B.2B
2ω D. B
第一单元
生专活题智一慧与时力代与精运神动
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A 画出粒子的运动轨迹如图所示,由 洛伦兹力提供向心力得,qvB=mvr2,又 T
=2vπr,联立得 T=2qπBm 由几何知识可得,
轨迹的圆心角为 θ=π6,在磁场中运动时间 t
π =2θπT,粒子运动和圆筒运动具有等时性,则2θπT=ω2 ,解得mq =
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同理可知,粒子以 v2 入射及出射情况,如图乙所示.由几
何关系知 r2=
R2-R22= 23R,
可得 r2∶r1= 3∶1.
因为 m、q、B 均相同,由公式 r=mqBv可得 v∝r,
所以 v2∶v1= 3∶1.故选 C.
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(2)“三个一” 一个偏转角: tan θ=vv0y=qmUv220Ld=2UU21Ld
一个几何关系:y=L2tan θ; 一个功能关系:ΔEk=qUd2y.
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[题组预测] 1.(多选)(2017·承德模拟)如图所示, 一带电荷量为 q 的带电粒子以一定的初速 度由 P 点射入匀强电场,入射方向与电场 线垂直.粒子从 Q 点射出电场时,其速度 方向与电场线成 30°角.已知匀强电场的 宽度为 d,P、Q 两点的电势差为 U,不计重力作用,设 P 点的 电势为零.则下列说法正确的是( )
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3.如图所示为利用静电除烟尘的通道 示意图,前、后两面为绝缘板,上、下两面 为分别与高压电源的负极和正极相连的金 属板,在上、下两面间产生的电场可视为匀 强电场,通道长 L=1 m,进烟尘口的截面 为边长 d=0.5 m 的正方形,分布均匀的带负电烟尘颗粒均以水 平速度 v0=2 m/s 连续进入通道,碰到下金属板后其所带电荷会 被中和并被收集,但不影响电场分布.已知每立方米体积内颗 粒数 n=1×1013 个,每个烟尘颗粒带电荷量为 q=-1.0×10-17 C,质量为 m=2.0×10-15 kg,忽略颗粒的重力、颗粒之间的相 互作用力和空气阻力.
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v0,故 B 错误.若该粒子在T2时刻以速度 v0 进入电场,粒子在 竖直方向上的运动情况与 0 时刻进入时运动的情况相反,运动 规律相同,则粒子不会打在板上,故 C 错误.若该粒子的入射 速度变为 2v0,则粒子射出电场的时间 t=2Lv0=T2,故 D 错误.
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A.带电粒子在 Q 点的电势能为-Uq B.带电粒子带负电
C.此匀强电场的电场强度大小为
E=2
3U 3d
D.此匀强电场的电场强度大小为
E=
3U 3d
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AC 由图看出粒子的轨迹向上,则所受的电场力向上,与 电场方向相同,所以该粒子带正电.粒子从 P 到 Q,电场力做 正功,为 W=qU,则粒子的电势能减少了 qU,P 点的电势为零, 则知带电粒子在 Q 点的电势能为-Uq,故 A 正确,B 错误.设 带电粒子在 P 点时的速度为 v0,在 Q 点建立直角坐标系,垂直 于电场线为 x 轴,平行于电场线为 y 轴,由平抛运动的规律和 几何知识求得粒子在 y 轴方向的分速度为:vy= 3v0,粒子在 y 轴方向上的平均速度为:v y= 32v0.设粒子在 y 轴方向上的位移 为 y0,粒子在电场中的运动时间为 t,则:
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解析 (1)由牛顿第二定律得,|Ud0q|=ma 烟尘颗粒在电场中做类平抛运动,飞出电场时,有: 水平位移 L=v0t 竖直位移 y=12at2 解得:y=0.375 m 所求比值为 η=dy=34
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3ωB,故选项 A 正确.
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3.(2016·全国卷Ⅲ)平面 OM 和平面 ON 之间的夹角为 30°,其横截面(纸面) 如图所示,平面 OM 上方存在匀强磁场, 磁感应强度大小为 B,方向垂直于纸面向外.一带电粒子的质 量为 m,电荷量为 q(q>0).粒子沿纸面以大小为 v 的速度从 OM 的某点向左上方射入磁场,速度与 OM 成 30°角.已知该粒子在
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D 由于速度方向与磁场方向垂直,粒子受洛伦兹力作用做 匀速圆周运动,即 qvB=mrv2,轨道半径 r=mqBv,从较强磁场进 入较弱磁场后,磁感应强度变小,速度大小不变,轨道半径 r 变大,根据角速度 ω=vr=qmB可知角速度变小,选项 D 正确。
的颗粒所做的功(其他类似表达也给分)
所以 W=N|Ud1q|·d2=0.01 J
答案
3 (1)4
(2)400 V
(3)0.01 J
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带电粒子在匀强磁场中的运动 [解题方略]
1.模型:带电粒子运动方向与磁场方向垂直时,粒子做匀 速圆周运动,洛伦兹力提供向心力:qvB=mvr2.
答案
mv20 q
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带电粒子在匀强电场中的偏转问题 [解题方略]
“两个分运动”、“三个一”求解粒子偏转问题 (1)两个独立的分运动 平行极板的匀速直线运动:L=v0t; 垂直极板的匀加速直线运动: y=12at2,vy=at,a=mqUd.
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1.(2017·全国卷Ⅱ)如图,虚线所示的圆形区域
内存在一垂直于纸面的匀强磁场,P 为磁场边界上
的一点.大量相同的带电粒子以相同的速率经过 P
点,在纸面内沿不同方向射入磁场.若粒子射入
速率为 v1,这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周
上;若粒子射入速率为 v2,相应的出射点分布在三分之一圆周
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竖直方向有:y0= v yt=
3v0t 2
水平方向有:d=v0t
可得:y0= 23d,所以场强为:E=yU0
联立得
E=
2U =2 3d
33dU,故
C
正确,D
错误.
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2.如图甲所示,两平行金属板 MN、PQ 的板长和板间距 离相等,板间存在如图乙所示的随时间周期性变化的电场,电 场方向与两板垂直,在 t=0 时刻,一不计重力的带电粒子沿板 间中线垂直电场方向射入电场,粒子射入电场时的速度为 v0,t =T 时刻粒子刚好沿 MN 板右边缘射出电场.则( )
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